JPS62176945A - ガラス内に光集積回路を製造する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、 （ａ）　　基板を、その屈折率（ｎ２）が基板の屈折率
よりも高いガラス層で被覆し、 （ｂ）　　このガラス層上にマスクを施し、その際この
マスクがガラス層の表面の製造すべき導波路に相当する
第１範囲を覆うが、表面の残りの第２範囲は解放し、 （ｃ）　　前記第２範囲内のガラス層を処理する各工程
よりなるガラス内に光集積回路を製造する方法に関する
。

特に本発明は、プレーナーガラス基板に光導波路を製造
する方法に関する。この導波路は、多くの用途を有して
いる。用途の１例はサニャ、ツク効果（Ｓａｇｎａｃ−
Ｅｒｒ’ｅｃｚ　）を利用する旋光速度センサ（ｏｐｔ
、１ｓｃｈｅｒ　Ｄｒｅｈｇｅｓｃｈｘｒｎｄｉｇｋｅ
ｌｖｓｓｅｎｓｏｒ　）　　である。この場合光導波路
のストリップが構成される。このストリップにはグψ−
により光束が接続されるが、光束の１方はストリップを
時計方向にまた他方はストリップを反時計方向に伝送さ
れる。導波路がストリップの表面に対して垂直な軸を中
心に回転運動をする場合、右回りの光束及び左回りの光
束の周波数る。

は相異な７７接続を解かれた部分光束の重合によ、り得
られたうなり周波数は回転速度に比例する。

しかしこの種の光導波路は例えば分波器、遮断器、フィ
ルター、変調器、相関器、パルス圧縮器、センソリフ等
のような光信号処理の他の分野でも使用可能である。

この導波路の屈折率はその周囲の屈折率よりも高くなけ
ればならず、これによりすべての光導体におけるように
その境界面で全反射が生じる。更にプレーナーガラス基
板には、導波路又は他の光集積素子を構成する、一層高
い屈折率の範囲を作り出す必要がある。

従来の技術 始めに記載した形式の方法は西ドイツ国特許出願公告第
２８０８４５７号明細書から公知である。

西ドイツ国特許出願公告第２８０８４５７号明細書によ
れば基板に、その屈折率が基板の屈折率よりも高いガラ
ス層を施す形式の導波路構成体の製法が公知である。こ
のガラス層上にはマスクが施される。このマスクは製造
すべき導波路に相応する、ガラス層表面の予定の第１範
囲を覆い、この表面の残りの第２範囲を解放する。この
処理の後第２範囲のガラス層を処理する。

西ドイツ国特許出願公告第２８０８４５７号明細書の場
合、短波の波長範囲内で後に導波路構成体を通って導か
れるビームの波長範囲の上方に感光特性を有するガラス
を使用する。この表面のマスクから解放される第２範囲
でのガラス層の処理は、前記短波波長範囲の光で照射し
、引続き熱処理し、腐食液で処理することにある。

照射により、熱処理時にこれを取り囲むガラスが結晶す
るのを励起する金属種が生じる。こうして形成された露
光及び結晶された相は、腐食液での処理に際して、マス
クで覆われた未露光ガラスよりもはるかに容易に溶解す
る。従って腐食液で処理した後、第２範囲の溶解により
基板上にレリーフ様導波路構成体として第１範囲が生じ
る。次いでこの構成体を再び屈折率の小さい他の層で被
覆することができる。

同様の方法は欧州特許出願公開第０１４０４３１号明細
書に記載されている。

これとは逆に西ドイツ国特許出顯公告 第３Ｑ１１１６０号明細書には、重合可能でかつ重合状
態で導波性材料を形成する有機の光学活性物質の層を基
板に施す形式の光導波路の製法が記載されている。マス
クは平担な導波路の形状を、この明細書では表面が解放
されている範囲によって特定する。層はこのマスクを通
して、重合をもたらすＵＶ光線で照射される。層の未露
光の重合されなかった範囲は現像によって除去される。

米国特許第３８７３３３９号及び同 第３９３４０６１号明細書、並びに西ドイツ国特許出願
公開第２３１３２０７号明細書には、ガラス基板の平滑
な表面の１部に、より大きな屈折率を有する第１ガラス
層を施す方法が示されている。この第１ガラス層には被
膜として更に小さな屈折率を有する第２ガラス層が施さ
れる。

西ドイツ国特許出願公告第３０４７５８９号明細書に記
載されている方法では同様に基板上に第１の、ここでは
連続するガラス層が施される。導波路構成体はマスクに
よってまたこのガラス層の解放範囲を腐食除去すること
によって得られる。導波路構成体を有するこの第１ガラ
ス層は米国特許第３８７３３３９号明細書におけるよう
に一層小さな屈折率の第２ガラス層で被覆される。

上記の各公知方法は工業的に費用が嵩む。これらの方法
は部分的に特定の感光性ガラス又は重合可能のプラスチ
ックを使用する。より高い屈折率の導波路構成体をより
小さい屈折率のガラスに埋込むためには順次に数種のガ
ラス層を施す必要がある。

ガラス基板に減衰の僅かな導波路を製造する他の公知方
法は、導波路の範囲内でのイオン交換によって残りのガ
ラス基板に比べて高められた屈折率を得ることにある。

この場合ガラス基板の表面をマスクによって被覆する。

このマスクは所望の導波路に相応する範囲を解放する。

次いでこの範囲内でイオン交換によってガラス基板の屈
折率を高める。

この公知方法は種々の欠点を有する。この場合光波を伝
送すべき範囲で局部的に、高い機械的応力が生じる。こ
の応力により単に部分的に波の伝送がもたらされる。そ
の結果波伝送の範囲及び屈折率断面は正確に特定するこ
とができない。ガラスは過冷却融液として定常的な機械
的応力の影響下に流動することから、こうして得られた
光導波路の安定性は時間的に短いことが予測できる。更
にガラスの表面は交換された範囲で機械的応力により、
導波路の減衰を急激に高める種にの程度の亀裂を生じる
傾向を有する。

熱処理又は逆変換処理によってガラスの表面張力を減、
少させ、導波路をガラス基板に埋込む方法は公知である
。この場合張力を除去し、導波路をガラス基板の表面か
ら離れた範囲に施すことにより、艶出し、微小亀裂、汚
染又は同様のものによる表面欠隔の影響は排除される。

しかしこの処置は不充分に制御し得るにすぎない。

特定の用途にとっては絶対に必要とされる波伝送の精度
は得られないか又は再生不能に達成されるにすぎない。

更に表面層の屈折率を浸出法によって減少させることは
公知である。この方法はガラス表面の反射を減少させる
ために使用される（西ドイツ国特許第８２１８２８号明
細書又はフリツシャート（Ｆｒ１ｓｃｈａｚ　）著、”
　Ｉｏｎｉｃ　Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎｉｎ　０ｘｉｄｅ　
Ｇｌａｓｓｅｓ”第８８頁以降）０発明が解決しようと
する問題点 本発明の課題は、先に記載した欠点を回避しながら制御
可能の処理工程を使用してガラス基板に構成体を反覆可
能に製造することのできるガラス内に光集積構成体、特
に導波路を製造する方法を提供することにある。

この場合特に単一のガラス層が基板に施されるべきであ
る。

問題点を解決するための手段 本発明によればこの課題は先に記載した形式の方法にお
いて、 （ｄ）　　第２範囲内のガラス層の処理が残りの機械的
に不変のガラス層の屈折率を減少させる処理である ことによって解決される。

本発明方法ではまず基板に、その屈折率が基板の屈折率
よりも高いガラス層を施す。このために種々の公知方法
、例えば蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ−法（引続き急
激なへこみ）、金属有機溶液からのガラス切断（引続き
熱処理〕、融解又はイオン交換等の方法を使用すること
ができる。次いで公知方法におけるように製造すべき導
波路の範囲を解放せず、この範囲を印刷回路における条
導体を製造する場合と同様に被覆するマスクを施す。こ
の方法も公知である。

金属（アルミニウム、クロム、チタン）からなるか、誘
電材料（例えばＡ１２０３）からなるか又はフォトレジ
ストからなるマスクを使用することができる。このマス
クを施した後被覆したガラス層の屈折率を減少させる。

従って従来の状態とは異なり予定された導波路以外の範
囲で屈折率は減少し、公知方法の場合とは異なり導波路
の範囲の屈折率のみが高い。表面層の屈折率４を減少さ
せる方法は公知である。例えば屈折率のこの減少は浸出
法で行うことができる。この方法はガラス表面の反射を
減少させるために使用する。この場合適当な物質の水溶
液中でガラスから各成分を除去し、これにより屈折率が
減損 シャート著、”　Ｉｏｎｉｃ　Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ　ｉ
ｎ　０ｘｉｄｅＣ）ｌａｓｓｅｓ”第８８頁以降に記載
されている。

こうして導波路が、被覆した層の不変材料から形成され
る。導波路周囲の屈折率は減少し、基板の屈折率にほぼ
相当する値になる。

次の以後の処理工程を使用することも有利である： （ｅ）マスクの除去、及び （ｆ）　　ガラス層の厚さに比べて薄い第１範囲の表面
層における屈折率の減少。

こうして高い屈折率を有する導波路は屈折率の減少した
材料によって全面的に覆われる。

この場合使用した浸出法は微小亀裂によって妨げられた
ガラス表面に極めて有効な自然治癒効果をもたらす。そ
の結果こうして生じる導波路の減衰は著しく減少する。

実施例 次に本発明の１実施例を図面に基づき詳述する。第１図
〜第３図には種々の処理工程が基板の断面図で示されて
いる。

屈折率ｎ１を有する基板を１０で示す。　この基板１０
に第１処理工程で、基板１０に比べて高い屈折率ｎ２を
有する材料からなる層１２を、第１図に示すように施す
。次いでこの層１２に第２工程で、製造すべき構成体（
導波路）の範囲を覆うマスク１４を施す。その後層１２
の屈折率をマスク以外の範囲で浸出法によって減少させ
る。これにより層１２の屈折率は基板の屈折率ｎ工にほ
ぼ相応することになる。この工程は第２図に示されてい
る。第３図に示したように最後にマスク１４を除去する
。その後に現われる層１２の表面を次の浸出工程に曝し
、これによりガラス層１２の厚さに比べて薄い表面層個
所の屈折率は、先にマスクで覆った範囲におけるよりも
減少する。こうして周囲に比べて高められた屈折率ｎ２
の範囲として、約ｎよの低い屈折率を有する材料により
全面的に囲まれた導波路１８が生じる。

、例 基板１０は５ｃｈｏｔｔ、社製のＢＫ　７型のガラスか
らなる板である。この基板にガラスＢＫ　　７に比べて
約２％高められた屈折率を有する硼素クラウンガラスか
らなる約０．３〜０．５の層をスパッタリングにより施
す。スパッタリングによる層被覆は公知技術であり、従
って詳述しない。この場合施すべき材料は気中放電でア
ルゴンイオンにより真空中で蒸発され、材料を施すべき
表面に堆積する。マスク１４はフォトリソグラフィ法で
アルミニウムから製造される。屈折率の減少は中性溶液
、従って…値７の溶液を用いてガラス層１２を浸出する
ことにより行う。中性溶液を選択する理由は、多くのガ
ラスは酸又はノーダ液によっである程度侵される可能性
があるからである。浸出は蒸留水で行うことができる。

しかし一般には例えば前記の西ドイツ国特許第８２１８
２８号明細書に記載されているような特定の水溶液を使
用する。

次いでこの溶液で第３図に示すように層１６を浸出させ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図及び第６図は種々の処理工程における基
板の断面図である。 １０・・・基板、１２・・・ガラス層、１４・・・マス
ク、１６・・・層、１８・・・導波路。 ＦＩＧ、２浸ｆｆ１３′：、’３”’１１＾

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）基板（１０）を、その屈折率（ｎ＿２）が基
   板（１０）の屈折率よりも高いガラス層 （１２）で被覆し、 （ｂ）このガラス層（１２）上にマスク（１４）を施し
   、その際このマスク（１４）がガラ ス層（１２）の表面の、製造すべき導波路 に相当する第１範囲を覆うが、表面の残り の第２範囲は解放し、 （ｃ）前記第２範囲内のガラス層（１２）を処理する各
   工程よりなる、ガラス内に光集積 回路を製造する方法において、 （ｄ）第２範囲内のガラス層（１２）の処理が、残りの
   機械的に不変なガラス層（１２）の 屈折率を減少させる処理である、 ことを特徴とするガラス内に光集積回路を製造する方法
   。 ２、屈折率の減少を浸出により行う、特許請求の範囲第
   １項記載の方法。 ３、浸出を中性溶液を用いて行う、特許請求の範囲第２
   項記載の方法。 ４、屈折率を基板（１０）の屈折率（ｎ＿１）にほぼ等
   しい値に減少させる、特許請求の範囲第１項又は第２項
   記載の方法。 ５、マスク（１４）をフォトリソグラフィ法でアルミニ
   ウムから製造する、特許請求の範囲第１項記載の方法。 ６、（ａ）基板（１０）を、その屈折率（ｎ＿２）が基
   板（１０）の屈折率よりも高いガラス層 （１２）で被覆し、 （ｂ）このガラス層（１２）上にマスク（１４）を施し
   、その際このマスク（１４）が、ガ ラス層（１２）の表面の、製造すべき導波 路に相当する第１範囲を覆うが、表面の残 りの第２範囲は解放し、 （ｃ）前記第２範囲内のガラス層（１２）を処理する、
   各工程よりなる、ガラス内に光集 積回路を製造する方法において、 （ｄ）第２範囲内のガラス層（１２）の処理が残りの機
   械的に不変なガラス層（１２）の 屈折率を減少させる処理であり、 （ｅ）マスク（１４）を除去し、 （ｆ）ガラス層（１２）の厚さに比べて薄い第１範囲の
   表面層における屈折率を減少させ る、 ことを特徴とする、ガラス内に光集積回路を製造する方
   法。 ７、屈折率の減少を浸出により行う、特許請求の範囲第
   ６項記載の方法。 ８、浸出を中性溶液を用いて行う、特許請求の範囲第７
   項記載の方法。 ９、屈折率を基板（１０）の屈折率（ｎ＿１）にほぼ等
   しい値に減少させる、特許請求の範囲第６項又は第７項
   記載の方法。